人工飼料の実験を使用してアブラムシにニコチン耐性をテスト
May 14th, 2008
このビデオとアッセイでテストアブラムシフィールドでタバコをinfests 1つとていない範囲の2つのタイプにニコチンの耐性ことが示されている。
植物は、昆虫の摂食に応答して、多くの異なる二次代謝産物の産生をアップレギュレートする可能性があります。草食性に対するタバコ植物の1つの反応は、昆虫によって行われていないニコチンを使用して、神経毒性アルカロイドニコチンの生産を増やすことです。例として、アブラムシに対する植物の二次代謝産物の毒性を評価するための実験の設定方法を示します。
MiSiS perskyの特定の系統、緑の桃のアブラムシは、栽培されたタバコに特化するように適応しています。ここでは、これらのタバコ適応系統は、非適応系統よりもニコチンに対する抵抗性が増加していると仮定します。こんにちは、私の名前はジョン・ラムゼイです。
私は、Bo Thompson Institute for Plant ResearchのGeorge Jander研究室の大学院生です。今日は、アブラムシに対する植物代謝物の毒性を測定する手順をお見せします。この手順は、関心のある植物代謝物が人工飼料を準備することを含む。
この場合、ニコチンはさまざまな濃度で追加され、アブラムシをケージに入れ、この食事を食べ、数日後にアブラムシを数えて、ニコチンのさまざまな濃度での生存率と繁殖力を測定します。それでは始めましょう。実験で。
アブラムシを人工飼料で飼育し、特殊なSスタイルを植物の血管系に挿入し、フロー樹液の食事を消費する摂食スタイルを利用して、アブラムシを飼育することができます。私たちは、Aが遭遇したのと同様の流動食を準備し、この溶液にショ糖とアミノ酸からなる植物を食べさせました。次に、さまざまな濃度の植物代謝物を追加します。
私たちは、この場合はニコチンの毒性をアッセイすることに興味があります。この実験では、4匹の成虫アブラムシを小さなプラスチックカップに閉じ込めます。彼らは、3日後にカップの上部に張られた2つのバイオフィルムの層の間にピペットで移動した液体食から栄養を与えます。
異なる濃度のニコチンを含む飼料の摂食毒性は、各カップの成虫と幼虫のアブラムシを数えることにより、対照飼料と比較されます。さて、いよいよ実験的な食事療法を準備する時が来ました。ここにショ糖と20個のアミノ酸の溶液があります。
アブラムシは、この食事で少なくとも1週間は正常に生き残り、繁殖することができます。今、私はこの食事療法を1ミリリットルで分注しました、これらのフェンダーチューブにゼロから500マイクロモルまでのニコチンの変種濃度を含むアレックワッツ、次に4つのアブラムシが赤または緑のいずれかを選択し、これらの実験カップに入れられます。絵筆を使ってアブラムシを葉から繊細に持ち上げ、実験用のカップに入れます。
アブラムシを選択するときは、同じ一般的なサイズと色の暗いアブラムシを選択することが重要です。たとえば、アブラムシは古くてこの実験に適していない可能性があります。次に、フィムの最初の層をカップの上部に伸ばして、アブラムシを入れます。次に、2つのパラフォーム層の間に100マイクロリットルの液体食を分注し、次に2番目のパラフォーム層をカップの端に固定して伸ばします。
実験中に空気の流れが良くなることを確認するために、これらの空気穴を開けました、そして、このカップをこのチューブホルダーに入れて、照明の下での長い一日の写真撮影の下で昆虫室のラックに置きます。そこで、ここでは、先ほど実証した実験と同じように、3日前に設定した実験の結果を見てみましょう。私は、0マイクロモル、10マイクロモル、100マイクロモル、1000マイクロモル、または1ミリモルのニコチンダイエットに、緑と赤のアブラムシのそれぞれを1カップ持っています。
そして、あなたはコントロールダイエットゼロマイクロモルニコチンのために、赤と緑のアブラムシの両方が生き残り、繁殖していることがわかります。同様に、10マイクロモルダイエットでは、アカアブラムシの子孫が多数います。まだ緑色の成虫はいますが、子孫はそれほど多くありません。
そのため、10マイクロモルという低濃度でもニコチンの影響を感じている可能性があります。ここでは、100マイクロモルのニコチン食に生き残った成体のアオアブラムシはいませんが、アカアブラムシは対照と同じレベルで生存し、繁殖しています。あなたは1000マイクロモルのニコチンを含む食事療法で見ることができます。
緑のアブラムシも赤のアブラムシも生き残ることができません。したがって、これに基づいて、赤色のMiSiS系統が野外でタバコに蔓延することを可能にした適応の1つは、ニコチンを解毒する能力の向上である可能性を考えることができます。私たちは、アブラムシに対する植物の二次代謝産物の毒性を測定するために人工飼料を使用する実験を設定する方法を示しました。
これらの実験を設定するときは、同じサイズと色であるだけでなく、同様の発達段階にある植物から来た昆虫を選択することを覚えておくことが重要です。というわけで、これだけです。ご覧いただきありがとうございます、そしてあなたの実験に頑張ってください。
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概要
この研究は、タバコ植物に寄生するアブラムシと寄生しないアブラムシの2種類について、ニコチンに対する耐性を評価する実験を実証しています。研究は、植物の二次代謝物に対するアブラムシの適応メカニズムを理解することを目的としています。
主要な研究要素
科学分野
- 植物-昆虫相互作用
- 生態学的適応
- 二次代謝物
背景
- タバコ植物は草食動物に対する防御としてニコチンを生産します。
- 異なるアブラムシの系統はニコチンに対する耐性のレベルが異なります。
- これらの相互作用を理解することで、害虫管理戦略に情報を提供できます。
- 研究は、栽培タバコに適応したアブラムシに焦点を当てています。
研究目的
- 異なるアブラムシの系統に対するニコチンの毒性を評価すること。
- タバコに適応したアブラムシがニコチンに対する耐性を高めているという仮説を調査すること。
- 植物防御メカニズムの理解に貢献すること。
使用された方法
- アブラムシのニコチン耐性をテストするための実験設定。
- タバコに適応したアブラムシと非適応のアブラムシの系統の比較。
- ニコチン曝露に対するアブラムシの生存率と行動の評価。
- 植物の二次代謝物生産の分析。
主な結果
- タバコに適応したアブラムシは、非適応の系統と比較してニコチンに対する高い耐性を示しました。
- ニコチンレベルは系統間でアブラムシの生存率に異なる影響を与えました。
- アブラムシの摂食に応じてタバコ植物でのニコチン生産が増加することが観察されました。
- 結果はアブラムシの適応性耐性の仮説を支持しています。
結論
- この研究は、タバコ植物におけるニコチンの防御化合物としての役割を強調しています。
- アブラムシの適応メカニズムは害虫管理戦略に影響を与える可能性があります。
- これらの相互作用の生態学的影響を探るため、さらなる研究が必要です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Understanding insect adaptation to plant defensive compounds informs target validation in agrochemical discovery by revealing mechanisms of resistance evolution. This experimental approach supports phenotypic screening strategies for identifying compounds with sustained efficacy against adaptive pest populations. The model enables mechanistic de-risking of candidate molecules by assessing tolerance thresholds in relevant biological systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypothesis by testing whether nicotine tolerance is an adaptive trait in herbivorous insects.
- Operational Value: Provides a controlled system to isolate genetic or physiological variables contributing to resistance phenotypes.
- Predictive Value: Enables assessment of target confidence by measuring survival differentials across insect lineages under defined compound exposure.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes a reproducible protocol for quantifying organismal response to alkaloid compounds via survival scoring.
- Quantitative Output: Generates dose-response data enabling comparison of tolerance thresholds between biological variants.
- Scalability: Supports medium-throughput evaluation of compound libraries using standardized artificial diet formulations.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Uses tobacco-adapted aphid lineage as a model for resistance evolution in herbivore-plant interactions.
- Translational Continuity: Bridges discovery-phase mechanism identification with field-relevant adaptation phenotypes.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs prioritization of compounds based on resistance liability in target pest populations.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within early discovery workflows where target validation requires functional confirmation of compound activity in relevant biological systems prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on whether observed tolerance stems from metabolic detoxification or target-site modification.
- Screening: Delivers standardized, quantitative survival metrics essential for hit-to-lead progression in pesticidal compound programs.
- Analytics: Enables statistical comparison of LC50 or survival rates between strains to quantify resistance ratios.
- Translational Research: Connects laboratory findings to ecological adaptation observed in field populations of nicotine-exposed insects.
- Enterprise Reuse: Platform adaptable to other plant-insect systems for cross-species resistance profiling.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking phenotypic resistance to specific genetic or physiological adaptations.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through standardized diet preparation and controlled environmental conditions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by early identification of resistance liabilities in target populations.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement by flagging compounds with high resistance potential before significant investment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in insect rearing, artificial diet formulation, and alkaloid handling.
- Depends on controlled environment chambers for consistent temperature, humidity, and light cycles.
- Necessitates standardized protocols for aphid genotyping or lineage verification to ensure biological reproducibility.
- Involves safety considerations for nicotine handling due to its toxicity to mammals.
- Limited by the specificity of the model to solanaceous insect systems; may not generalize to non-herbivorous or non-adapted taxa.
